​Сотрудники Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН и Новосибирского государственного университета совместно с коллегой из Германии предложили и экспериментально обосновали модель образования алмаза в условиях мантии Земли при воздействии электрического поля. Полученные результаты ясно демонстрируют, что электрические поля могут значимо влиять на мантийные минералообразующие процессы, изотопное фракционирование углерода и глобальный углеродный цикл. Статья об этом исследовании вышла в высокорейтинговом журнале Science Advances

Несмотря на множество теоретических, термодинамических и экспериментальных работ, посвященных исследованию алмаза, ключевые аспекты, связанные с механизмами образования этого минерала, всё еще остаются дискуссионными. В основном формирование алмазов в природе связывают с мантийными процессами, сопровождающимися окислительно-восстановительными реакциями, в результате которых происходит окисление углеводородов или восстановление CO2 до элементарного углерода. Экспериментальные исследования возможных механизмов образования алмазов пока единичны. Учитывая большое разнообразие этих уникальных минералов, отличающихся по морфологии, свойствам, ассоциациям и связям с глобальными геодинамическими процессами, ученые предположили, что за их кристаллизацию могут быть ответственны различные движущие силы. 
 
«Наша работа основана на гипотезе, что в формирование алмазов в мантии Земли может быть вовлечен электрохимический процесс. Возможное его существование мы предположили исходя из имеющихся данных о высокой электрической проводимости мантийных расплавов и флюидов с учетом электрохимических процессов, возникающих в глубинных зонах Земли в связи с вариациями магнитного поля и неоднородностью мантии планеты по окислительно-восстановительному потенциалу. Чтобы оценить возможность образования алмаза в мантийных средах за счет действия электрического поля, мы разработали специальные ячейки высокого давления и провели эксперименты в модельных средах, состав которых соответствует включениям в природных алмазах», — рассказывает руководитель проекта заведующий лабораторией экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса ИГМ СО РАН доктор геолого-минералогических наук Юрий Николаевич Пальянов. 

Как известно, в верхней мантии Земли, помимо силикатных пород, составляющих основную ее часть, присутствуют также карбонатные и карбонатно-силикатные расплавы. О тесной «генетической» связи алмаза и карбонатсодержащих расплавов существует множество свидетельств. Поэтому для проведения экспериментов ученые решили использовать карбонатные и карбонатно-силикатные среды и поместить их в специально разработанную электрохимическую ячейку, позволяющую в условиях высоких температур и давлений расплавить исходные вещества и воздействовать на них электрическим полем. 
 
«В результате нашего исследования установлено, что за счет разности потенциалов в карбонатном или карбонатно-силикатном расплавах запускается серия электрохимических реакций, которая в конечном итоге приводит к кристаллизации алмаза на катоде (отрицательно заряженном электроде). Алмаз образуется из углерода, исходно содержащегося в структуре карбоната. При этом карбонатный расплав действует как единственный источник углерода и как среда кристаллизации для алмаза», — добавляет исследователь. 

Благодаря работе ученых впервые продемонстрировано, что кроме известных основных факторов, влияющих на образование алмаза: давления, температуры, состава среды кристаллизации и фугитивности кислорода (окислительно-восстановительного состояния среды), существует еще один, запускающий весь процесс формирования нового минерала, — разность потенциалов. 
 
«Оригинальная методика и первые экспериментальные данные открывают перспективы дальнейших исследований в минералогии, петрологии и геохимии мантии Земли под действием электрических полей. Более того, наш подход представляет интерес для разработки новых способов получения алмазов и других углеродных материалов со специальными свойствами», — говорит Юрий Пальянов. ​

карты.jpg
 
Работа проводилась в сотрудничестве с ученым из Потсдамского центра наук о Земле. Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 19-17-00075 «Экспериментальное моделирование механизмов образования алмаза», руководитель — Юрий Николаевич Пальянов. 
 
Андрей Фурцев 
 
Фото предоставлены Юрием Пальяновым 

Фото 1 - беспрессовый аппарат высокого давления БАРС, разработанный в ИГМ СО РАН (А), многопуансонный блок аппарата высокого давления с электрохимической ячейкой в центре (Б) и схема электрохимической ячейки (В) 

Фото 2 - карты распределения Ca, Mg и О в образце после электрохимического эксперимента с доломитовым (CaMg(CO3)2) составом (А) и микрофотографии кристаллов алмаза и графита, полученных в зоне катода (Б); Pc — периклаз (MgO), Dm — алмаз, Gr — графит, Lcarb — карбонатный расплав; Lcarb-sil — карбонатно-силикатный расплав 

Источники

Ученые определили роль электрического поля при образовании алмазов в мантии Земли
Наука в Сибири (sbras.info), 28/01/2021
Для возникновения алмазов в недрах Земли необходимо электрическое поле - исследование
ИНТЕРФАКС-СИБИРЬ (interfax-russia.ru/siberia), 28/01/2021
Ученые определили роль электрического поля при образовании алмазов в мантии Земли
Научная Россия (scientificrussia.ru), 28/01/2021
Доказана возможность образования алмаза под действием электрического поля в мантии Земли
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 28/01/2021
Доказана возможность образования алмаза под действием электрического поля в мантии Земли
News-Life (news-life.pro), 28/01/2021
Доказана возможность образования алмаза под действием электрического поля в мантии Земли
Газета.Ru, 28/01/2021
Доказана возможность образования алмаза под действием электрического поля в мантии Земли
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 28/01/2021
Ученые из Новосибирска определили роль электрического поля при образовании алмазов
MSN (msn.com), 28/01/2021
Доказана возможность образования алмаза под действием электрического поля в мантии Земли
Uprava.org, 28/01/2021
Доказана возможность образования алмаза под действием электрического поля в мантии Земли
Российский научный фонд (rscf.ru), 28/01/2021
Доказана возможность образования алмаза под действием электрического поля в мантии Земли
Российский научный фонд (рнф.рф), 28/01/2021
В участии в образовании алмазов заподозрили электрическое поле Земли
ТАСС, 28/01/2021
Недра в алмазах
Академгородок (academcity.org), 29/01/2021
На формирование алмазов влияет электрическое поле
Newspotok.ru, 29/01/2021
На формирование алмазов влияет электрическое поле
Newstes.ru, 29/01/2021
На формирование алмазов влияет электрическое поле
Полит.ру, 29/01/2021
Ученые определили роль электрического поля при образовании алмазов в мантии Земли
Русский переплет (pereplet.ru), 30/01/2021
На формирование алмазов влияет электрическое поле
Newsrk.ru, 29/01/2021

Похожие новости

  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    2020
  • 16/07/2020

    Сибирские ученые получили топологические изоляторы на основе селенида висмута новыми способами

    ​​​​​Тонкие пленки селенида висмута получили двумя методами: вырастив их на подложках из слюды и электрохимически расщепив объемные кристаллы Bi2Se3, причем ученые добились формирования рекордно больших площадей образцов тонких пленок.
    1319
  • 12/02/2019

    Ученые выяснили, в каких регионах России выгодны тепловые установки на энергии солнца

    Ученые из России и Италии рассчитали, в каких регионах РФ и для каких нужд выгодно использовать преобразователи тепла, работающие на солнечной энергии. Оказалось, что летом такие установки могут нагревать воду для душа, стирки и других бытовых потребностей по всей России, даже в Оймяконе, сообщила во вторник пресс-служба Российского научного фонда (РНФ), при поддержке которого проводилось исследование.
    918
  • 07/12/2020

    Палеоклимат Земли: новые данные

    Самым старым систематическим метеоданным, которые есть в распоряжении ученых, от силы 150 лет. А для Сибири эта цифра и того меньше. В письменных источниках более ранних периодов (если повезет) можно найти качественную оценку: «лето было необычайно жарким», «дожди обрушились на наши земли» и т.
    531
  • 07/08/2020

    Обнаружено новое фазовое состояние нанолокализованной воды

    ​​Сотрудники лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ совместно с российскими и зарубежными коллегами открыли новое фазовое состояние нанолокализованной воды — воды, отдельные молекулы которой расположены в полостях кристаллической решетки кордиерита.
    622
  • 22/12/2020

    Наночастицы помогли улучшить добычу нефти

    Ученые из России выяснили, как наночастицы влияют на эффективность извлечения нефти. Добавление их в воду, которая вытесняет нефть из пласта, способствует улучшению отрыва капель нефти от горной породы и вымыванию их на поверхность.
    461
  • 10/05/2016

    В горах Тянь-Шаня геологи нашли древние «Гавайи»

    ​Международный коллектив ученых под руководством новосибирского геолога Инны Сафоновой обнаружил фрагменты древних океанических островов в горах Тянь-Шаня и оценил размеры исчезнувшего океана. Ученые считают, что по своей природе палеострова близки к современным Гавайским.
    3211
  • 16/06/2017

    Геологи подводят итоги международного пятилетнего проекта ЮНЕСКО

    ​В этом году геологи подводят итоги пятилетнего крупномасштабного проекта, в котором приняли участие 700 специалистов из разных стран мира. Проект Международной геологической программы ЮНЕСКО посвящен образованию континентальной коры Центральной Азии.
    2338
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    1933
  • 05/04/2018

    Новосибирские геологи изучили поведение молекулы бензола при высоких давлениях и температурах ради новых знаний о космосе

    Ученые НГУ (Лаборатория экспериментальной геохимии и петрологии мантии Земли ГГФ НГУ) и Института геологии и минералогии СО РАН вместе с коллегами из Токийского университета изучили поведение бензола при высоких давлениях и температурах с использованием различных экспериментальных методов на нейтронном ускорителе J-PARC (Япония).
    1803